特表 2021-534414 コンパクトイメージングベースのセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2021-534414(P2021-534414A)

(43)【公表日】2021年12月9日

(54)【発明の名称】コンパクトイメージングベースのセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20211112BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/27 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2021-507984(P2021-507984)

(86)(22)【出願日】2019年8月16日

(85)【翻訳文提出日】2021年4月9日

(86)【国際出願番号】US2019046953

(87)【国際公開番号】WO2020037292

(87)【国際公開日】20200220

(31)【優先権主張番号】62/719,020

(32)【優先日】2018年8月16日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】518048123

【氏名又は名称】エッセンリックス コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100102978

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 初志

(74)【代理人】

【識別番号】100102118

【弁理士】

【氏名又は名称】春名 雅夫

(74)【代理人】

【識別番号】100160923

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 裕孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119507

【弁理士】

【氏名又は名称】刑部 俊

(74)【代理人】

【識別番号】100142929

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100148699

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 利光

(74)【代理人】

【識別番号】100128048

【弁理士】

【氏名又は名称】新見 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100129506

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100205707

【弁理士】

【氏名又は名称】小寺 秀紀

(74)【代理人】

【識別番号】100114340

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100121072

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 和弥

(72)【発明者】

【氏名】チョウ スティーブン ワイ．

(72)【発明者】

【氏名】ディン ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】キ ジ

(72)【発明者】

【氏名】ティアン ジュン

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB04

2G059EE01

2G059EE02

2G059EE12

2G059HH01

2G059HH02

2G059HH03

2G059JJ05

2G059JJ11

2G059JJ22

2G059KK01

(57)【要約】

試料を調査するための光学システム、光線のスペクトルを測定するための光学システム、２つの光線のスペクトルを測定するための光学システム、コンパクトイメージングベースの１つもしくは複数のセンサ、またはその組み合わせが開示される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学システムであって、以下：
光源と；
光ファイバと；
ビームスプリッタと；
スリットと；
外部の第１のレンズと；
回折格子と；
第２のレンズを有するカメラモジュールと
を備え、
前記光源が光子を生成し、
前記光ファイバが、前記源から前記ビームスプリッタを通して前記光子を透過させて、試料を照明及び調査し、
前記調査した試料からの光が、前記ビームスプリッタ、前記スリット、前記外部の第１のレンズ、前記回折格子、次いで前記カメラモジュールへと通過し、
前記カメラモジュール及び前記光源が、スマートフォンの一部であり、
前記光学システムが、前記試料の前記光のスペクトルを測定及び記録する、
前記光学システム。

【請求項2】

レバーに取り付けられた２つ以上の異なる光学システムの構成要素を有する前記レバーをさらに備え、前記レバーが、前記光学システムの光学機能を選択するために移動可能である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項3】

前記光源が、ＬＥＤ、レーザー、蛍光灯、フィラメントランプ、またはその任意の組み合わせである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項4】

前記光源の前記スペクトルが、ＵＶ、可視、ＩＲ、またはその任意の組み合わせである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項5】

前記光源の帯域幅スペクトルが、
中間値または範囲を含む、１０ｎｍ、５０ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、５ｕｍ、１００ｕｍ
から選択される少なくとも１つの値である、いずれかの先行請求項の光学システム。

【請求項6】

前記ビームスプリッタが、キューブビームスプリッタ、プレートビームスプリッタ、またはその任意の組み合わせである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項7】

前記ビームスプリッタの反射：透過比が、
中間値または範囲を含む、１０：９０、２０：８０、３０：７０、４０：６０
から選択される少なくとも１つの値である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項8】

２つの光線のスペクトルを測定するための光学システムであって、以下：
２つの、請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムのそれぞれが、１つの光線を提供する、前記２つの光学システムと；
光ファイバと；
光源と
を備え、
前記２つの光線が、プラズモン、蛍光、吸収、比色、または任意の２つの測定の組み合わせのうちの少なくとも１つから選択される測定のために生成される、
前記光学システム。

【請求項9】

前記スリットが、
中間値または範囲を含む、少なくとも０．１ｕｍ、１ｕｍ、５ｕｍ、１０ｕｍ、１００ｕｍ、５００ｕｍの幅
を有する、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項10】

前記スリットが、１ｕｍ〜５ｕｍの幅を有する、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項11】

スマートフォンの前記カメラモジュールの前記外部の第１のレンズ及び前記第２のレンズが、同じタイプのレンズである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項12】

前記外部の第１のレンズの有効焦点距離が、
３ｍｍ未満、５ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、２０ｍｍ未満、または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせ未満
である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項13】

前記回折格子が、透過回折格子またはブレーズド回折格子である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項14】

前記回折格子のピッチが、
２０００ｌ／ｍｍ、１２００ｌ／ｍｍ、８００ｌ／ｍｍ、３００ｌ／ｍｍ、または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせ
のうちの少なくとも１つである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項15】

前記回折格子の前記ピッチが、
８００ライン／ｍｍ、１２００ライン／ｍｍ、または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせ
のうちの少なくとも１つである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項16】

前記外部の第１のレンズ、前記スリット、及び前記ビームスプリッタが、同じ光軸上に整列し、前記光軸が、前記回折格子に垂直である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項17】

前記カメラモジュールの前記光軸が前記回折格子に垂直ではなく、
前記光軸と回折格子軸との間の角度が
２０〜８０度または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせ
である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項18】

前記カメラモジュールの前記光軸が前記回折格子の前記ピッチに垂直ではなく、前記光軸と前記回折格子軸との間の前記角度が可視光の場合３０〜５０度であり、前記回折格子の前記ピッチが８００ｌ／ｍｍ〜１２００ｌ／ｍｍである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項19】

前記回折格子、前記外部の第１のレンズ、前記スリット、及び前記ビームスプリッタが、光学レバーに取り付けられ、
前記光学レバーが、前記スマートフォンの前記カメラ及び前記カメラモジュールの前記光ファイバ透過光源の視野の中に移動するように構成されている、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項20】

前記光学レバーが、複数の異なる光学システムの光学部品を異なる位置に取り付け、異なる位置間で前記光学部品を移動させて前記光学システムの機能を切り替える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項21】

以下：
ホルダフレームと、前記ホルダフレームに取り外し可能に取り付けられた光学ボックスとを備える光学アダプタであって、
前記ホルダフレームが、モバイルデバイス上に取り外し可能に適合し、前記光学ボックスをモバイルデバイスに統合されたカメラ及び照明源に位置合わせするように構成され、
前記光学ボックスが、試料レセプタクルスロットと、照明光学系とを備える、前記光学アダプタと；
第１のプレートと第２のプレートとを備える試料カードであって、前記第１のプレート及び前記第２のプレートが、前記プレート間の液体試料を２００ｕｍ未満の均一な厚さの層に圧縮する、前記試料カードと；
前記カードが前記光学ボックスに挿入されるとき、前記試料カードを受け入れ、収容するように構成されたスライダーと
を備える、光学システム。

【請求項22】

前記モバイルデバイスがスマートフォンである、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項23】

前記ホルダフレームが、異なるモバイルデバイス用に異なるサイズを有する他のホルダケースと交換可能であるように構成されたホルダケースを備える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項24】

前記ホルダフレームが、前記光学アダプタを前記モバイルデバイスの上部光学部分に取り外し可能に適合させるようにサイズ決めされている、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項25】

前記光学アダプタの前記光学ボックスが、
前記カードの前記プレート間に試料を有する前記試料カードを前記カメラの前記視野及び焦点範囲内で受け入れかつ位置決めするように構成されたスロットを有する、スロット付きレセプタクルと；
前記試料の明視野顕微鏡画像を取り込むように構成された明視野照明光学系と；
試料の蛍光顕微鏡画像を取り込むように構成された蛍光照明光学系と；
光学レバーを前記光学ボックス内で内向きに及び外向きにスライドさせることによって、前記明視野照明光学系及び前記蛍光照明光学系との間で前記光学系を切り替えるように構成された前記光学レバーと
を備える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項26】

スロットを有する前記スロット付きレセプタクルが、
前記スロットを完全に覆い、周囲光を前記光学ボックス及び前記カメラへの入射から排除するための弾力性のあるドア
を含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項27】

前記光学アダプタ内の前記明視野照明光学系が、前記光源によって発せられたビームを受け取りかつ回転させて、通常の入射角で前記試料を背面照明するように構成される、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項28】

前記光学ボックス内に取り付けられ、前記モバイルデバイスの前記カメラと整列する第３のレンズ
をさらに備え、
前記第３のレンズが、前記カメラによって取り込まれる画像を拡大する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項29】

前記カメラによって取り込まれた前記画像が、前記モバイルデバイスのプロセッサによってさらに処理され、
モバイルデバイスの画面上に分析結果を出力する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項30】

前記レバーがスライド可能であり、同じ光学アダプタ内で明視野照明光学系と蛍光照明光学系の両方を達成するように構成されている、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項31】

前記蛍光照明光学系の前記光学部品が前記光学レバーに取り付けられ、
前記光学レバーが前記光学ボックス内に完全にスライドするとき、前記蛍光照明光学系が作動する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項32】

前記蛍光照明光学系及び前記光学部品を備えた前記光学レバーが、明視野照明光学系の前記光路を遮断し、前記照明光学系を前記蛍光照明光学系に切り替える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項33】

前記光学レバーが外にスライドするとき、前記レバーに取り付けられた前記蛍光照明光学系及び光学部品が前記光路の外に移動し、前記照明光学系を明視野照明光学系に切り替える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項34】

前記光学レバーが、異なる高さに位置する上部の第１の平面及び下部の第２の平面の２つの平面を備える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項35】

前記光学レバーが、
接続バーで一緒に結合され、前記光学ボックスの内外にともに移動する２つの平面
を備える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項36】

前記光学レバーが、分離される２つの平面を備え、
各平面が前記光学ボックスの内外に独立して移動する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項37】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記上部の第１の平面が光学フィルタを備える、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項38】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記上部の第１の平面が前記光源からの光の中に移動し、
前記上部の第１の平面と前記光源との間の距離が０〜５ｍｍである、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項39】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面が前記画像の平面に平行ではない、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項40】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面が前記画像の平面に平行ではなく、
前記平行ではない下部の第２の平面の表面が、９５％を超える高い反射率を有する鏡面仕上げを有する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項41】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面が前記上部の第１の平面に平行ではなく、
前記第２の平面が前記光源内に移動し、前記光源から発せられた前記光を偏向させて、前記カメラの直下の前記試料の領域を背面照明する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項42】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面が前記上部の第１の平面に平行ではなく、
前記平行ではない下部の第２の平面と垂直平面との間の二面角が傾斜角であり、前記傾斜角が４５〜６５度である、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項43】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面の一部が前記画像の平面に平行でありかつ光源下に位置し、前記試料から１ｍｍ〜１０ｍｍ離される、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項44】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面の一部が前記画像の平面に平行であり、
前記下部の第２の平面の前記平行部分の前記表面が、９５％を超える光吸収を有する高光吸収性である、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項45】

前記光学レバーが２つの平面を備え、
前記下部の第２の平面の一部が前記画像の平面に平行であり、
前記下部の第２の平面の前記平行部分の前記表面が高光吸収性であり、かつ小さい入射角の前記試料上で背面照明する前記反射光を排除する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項46】

前記光学レバーが、前記レバーを停止するように構成されたストッパーを備える、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項47】

前記光学レバーが、
前記アダプタから外向きに引かれるとき、所定の位置に前記レバーを停止させる、前記光学レバー上にボールプランジャと溝とを有するストッパー
を含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項48】

前記光学レバーが、
ユーザーが任意の力を加えて前記レバーを引き出すことを可能にするように構成されているが、前記光学アダプタの動作モードが明視野照明に切り替わる固定位置で、前記レバーを停止させる、ストッパー
を含む、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項49】

前記光学レバーが、
前記試料カードを受け入れ、かつ前記モバイルデバイスの前記カメラの前記視野及び焦点範囲内の前記試料カードに試料を位置決めするために、前記レセプタクルスロットの内側に取り付けられた試料スライダー
を含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項50】

前記光学レバーが、
前記試料カード及び可動アームハウジングレバーをトラックスロットの最後までともに押し、次いで離すことによって２つの停止位置間で切り替える前記可動アームハウジングレバーを有する、前記レセプタクルスロットの内側に取り付けられた試料スライダー
を含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項51】

前記光学レバーが、可動アームハウジングレバーを有する前記レセプタクルスロットの内側に取り付けられた試料スライダーを含み、
前記可動アームハウジングレバーが、前記試料カードが正しい方向及び向きに挿入されているかどうかを示す、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項52】

前記光学レバーが、前記試料カードのワークピースの１つの角を、他の３つの直角の角とは異なる形状を有するとして認識する可動アームハウジングレバーを含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項53】

前記光学レバーが、
前記試料カードが、前記正しい方向及び向きにあるときにだけ、前記トラックスロットの正しい位置にスライド可能であるように、前記試料カードの前記角の形状に一致する相補的な形状を有する可動アームハウジングレバー
を含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項54】

前記光学レバーが、固定されたトラックフレーム及び可動アームハウジングレバーを有する試料スライダーを含む、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項55】

前記光学レバーが、固定されたトラックフレーム及び可動アームハウジングレバーを有する試料スライダーを含み、
前記トラックフレームが、前記光学ボックスの前記スロット付きレセプタクル内に固定して取り付けられ、
前記トラックフレームが、
前記試料カードが前記トラックに沿ってスライド可能であるように前記試料カードの幅及び厚さに適合するスライドトラックスロット
を有する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項56】

前記光学レバーが、固定されたトラックフレーム及び可動アームハウジングレバーを有する試料スライダーを含み、
前記トラックフレームが、
前記光が試料を背面照明できるようにするために前記モバイルデバイスの前記カメラの前記視野内に開いたウィンドウ
を有する、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項57】

前記光学レバーが、固定されたトラックフレーム及び可動アームハウジングレバーを有する試料スライダーを含み、
前記可動アームハウジングレバーが、前記トラックフレームの前記スライドトラックスロット内に事前に構築され、前記試料カードとともに移動して、前記トラックフレーム内で前記試料カードの前記移動を導く、
いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項58】

前記可動アームハウジングレバー上の第１の平面と前記光源との間の距離が、
少なくとも０．５ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、または任意の中間値もしくは範囲
である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項59】

前記可動アームハウジングレバーの前記第１の平面と第２の平面との間の距離が、
少なくとも５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍ、または中間値もしくは範囲
である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項60】

前記可動アームハウジングレバーが、異なる位置の間で切り替わるために変更する必要がある距離が、
少なくとも１ｍｍ、５ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、１００ｍｍ、または任意の中間値もしくは範囲
である、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【請求項61】

前記第２の平面が傾斜面に接続され、ミラーが前記傾斜面に取り付けられる、いずれかの先行請求項に記載の光学システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、その内容が全体として参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年８月１６日に出願された米国仮出願第６２／７１９，０２０号の利益を主張する。本明細書において言及するいかなる出版物または特許文書の開示全体も、参照により完全に組み込まれる。

【0002】

分野
本開示は、生物学的および化学的アッセイ、ならびにコンピューテーショナルイメージングを実行するための装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

背景
生物学的および化学的アッセイ（診断テストなど）では、多くの場合、イメージングを含む、簡略で高速であり、高感度のアッセイ法を有することが必要である。本開示は、イメージングを含む簡略で高速かつ高感度なアッセイ法のための装置及び方法を提供する。

【発明の概要】

【0004】

概要
１つ以上の実施形態では、本開示は、少なくとも１つの、試料を調査するための光学システム、光線のスペクトルを測定するための光学システム、２つの光線のスペクトルを測定するための光学システム、コンパクトイメージングベースの１つもしくは複数のセンサ、またはその組み合わせを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

図面は、例示目的専用である。図面は縮尺どおりである場合もあれば、そうでない場合もある。

【0006】

【図1】開いた構成でのマイクロボリューム分光光度分析装置の断面の概略図である。

【図2】閉じた構成でのマイクロボリューム分光光度分析装置の断面の概略図である。

【図3】スマートフォンをベースにした試料スペクトル試験システムの光学システムの概略図である。

【図4】図３に示すスマートフォン分光計光学システムによって測定された水銀ランプのＲＧＢカラースペクトル画像である。

【図5】図４のＲＧＢカラースペクトル画像から変換された水銀ランプのスペクトルである。

【図6】同時に２つの光線のスペクトルを測定できる、スマートフォンをベースにした光学システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

例示的な実施形態の詳細な説明
以下の詳細な説明は、限定するものではなく、例としていくつかの実施形態を示す。本明細書中で使用する項の見出し及び副題は編成を目的としたものに過ぎず、記載する主題をいかようにも限定するものとして解釈すべきではない。項の見出し及び／または副題の下の内容は、項の見出し及び／副題に限定されるのではなく、開示の説明全体に適用する。

【0008】

いくつかの例示的な実施形態は、以下の通りである：
スマートフォンに取り付けられた明視野及び蛍光顕微鏡イメージング用の光学アダプタ；
傾斜したファイバ端面を光源として使用する、スマートフォンに取り付けられた比色測定用の光アダプタ；
リング状ファイバの側面照明を光源として使用する、スマートフォンに取り付けられた比色測定用の光アダプタ；
トモグラフィの装置及び方法；
機械学習支援のアッセイ及びイメージング；
組織染色及び細胞イメージングの装置及び方法；及び
二重レンズイメージングシステム。

【0009】

本開示の一態様は、材料の（光スペクトルを含む）光学特性を容易に、迅速に、及び低コストで測定するための装置及び方法を提供する。

【0010】

本開示の別の態様は、分光光度法に基づいて微小容量の液体中の分析物の濃度を分析するための装置及び方法を提供する。

【0011】

本開示の別の態様は、システムと結合された試料ホルダを提供し、試料ホルダは、単一のステップ及び数秒で測定の準備が完了した試料を操作することができ、流動性流体試料、または非流動性であるが変形可能な試料のどちらかに対して機能する。

【0012】

Ａ−１． スマートフォンを使用するコンパクトな分光計
図３は、カメラモジュール及び光源を備えたスマートフォンと、透過回折格子と、スリットと、外部レンズと、ビームスプリッタと、光ファイバとを含む、試料からスペクトルを測定するためのスマートフォンをベースにした光学システムを示す。光ファイバは、ＬＥＤからビームスプリッタに光を導き、ビームスプリッタは光をＱＭＡＸ試料カードに向け直す。試料によって反射された光は、ビームスプリッタ、スリット、外部レンズ、回折格子、及びカメラを通過してスマートフォンのカメラモジュールのセンサ上にスペクトル画像を形成する。外部レンズ、スリット、ビームスプリッタ、及び試料は、回折格子に垂直である同じ光軸上に整列する。スマートフォンカメラの光軸は、９０度未満の角度で回折格子に対して垂直ではない。

【0013】

図４は、図３に説明するスマートフォン分光計システムによって測定された水銀ランプのＲＧＢカラースペクトル画像である。図５は、図４に示すＲＧＢカラースペクトル画像から変換された水銀ランプのスペクトルである。５７６．９６ｎｍ及び５７９．０７ｎｍでのナトリウム二重線を解像できることが明確にわかる。ピークのＦＷＨＭは０．５７ｎｍであるため、分解能はＦＷＨＭ０．３ｎｍの半分である。

【0014】

本開示の別の態様は、システムとともに試料ホルダを提供することであり、試料ホルダは、単一のステップ及び数秒で測定の準備が完了した試料を操作することができ、流動性流体、及び非流動性であるが変形可能な試料のどちらかに対して機能する。

【0015】

例示的実施形態
光のスペクトルを測定するための光学システムであって、
光源と、
光ファイバと、
ビームスプリッタと、
スリットと、
外部の第1のレンズと、
回折格子と、
第２のレンズを有するカメラモジュールと
を含み、
光源は光子を生成し、
光ファイバは、源からビームスプリッタを通して光子を透過させて、試料を照明及び調査し、
調査した試料からの光は、ビームスプリッタ、スリット、外部の第１のレンズ、回折格子、次いでカメラモジュールへと通過し、
カメラモジュール及び光源は、スマートフォンの一部であり、
光学システムは、試料の光スペクトルを測定及び記録する、
光学システム。

【0016】

レバーに取り付けられた２つ以上の異なる光学システムの構成要素を有するレバーをさらに含み、レバーは、光学システムの光学機能を選択するために移動可能である、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0017】

光源は、ＬＥＤ、レーザー、蛍光灯、フィラメントランプ、またはその任意の組み合わせである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0018】

光源のスペクトルは、ＵＶ、可視、ＩＲ、またはその任意の組み合わせである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0019】

光源の帯域幅スペクトルが、中間値または範囲を含む、１０ｎｍ、５０ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、５ｕｍ、１００ｕｍから選択される少なくとも１つの値である、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0020】

ビームスプリッタが、キューブビームスプリッタ、プレートビームスプリッタ、またはその任意の組み合わせである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0021】

ビームスプリッタの反射：透過比が、中間値または範囲を含む、１０：９０、２０：８０、３０：７０、４０：６０から選択される少なくとも１つの値である、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0022】

Ａ−２． コンパクトな多機能光学センサ
図６は、２つのカメラモジュール及び光源を備えたスマートフォンと、光ファイバと、それぞれが透過回折格子を含む光学部品の２つのグループと、スリットと、外部レンズと、ビームスプリッタとを含む、試料からスペクトルを測定するためのスマートフォンをベースにした光学システムを示す。光ファイバは、光源から第１のビームスプリッタに光を導き、ビームスプリッタは、光エネルギーの一部分を第１の試料領域に向け直す。光エネルギーの他の部分は、第１のビームスプリッタを通過して、第２のビームスプリッタに向かう。第２のビームスプリッタは、光を第２の試料領域に向け直す。第１の試料領域によって反射された光は、ビームスプリッタ、スリット、外部レンズ、回折格子、及びカメラの第１のグループを通過してスマートフォンの第１のカメラモジュールのセンサ上にスペクトル画像を形成する。第２の試料領域によって反射された光は、ビームスプリッタ、スリット、外部レンズ、回折格子、及びカメラの第２のグループを通過して、スマートフォンの第１のカメラモジュールのセンサ上にスペクトル画像を形成する。外部レンズ、スリット、ビームスプリッタ、及び試料は、回折格子に垂直である同じ光軸上に整列する。スマートフォンカメラの光軸は、９０度未満の角度であり、回折格子に対して垂直ではない。

【0023】

一実施形態では、本開示は、
２つの光線のスペクトルを測定するための光学システムであって、
２つの、上記のかつ図示される光学システムであって、前記光学システムのそれぞれが、１つの光線を提供する、前記２つの光学システムと、
光ファイバと、
光源と
を含み、
２つの光線は、プラズモン、蛍光、吸収、比色、または任意の２つの測定の組み合わせのうちの少なくとも１つから選択される測定のために生成される、光学システムを提供する。

【0024】

スリットが、中間値または範囲を含む、少なくとも０．１ｕｍ、１ｕｍ、５ｕｍ、１０ｕｍ、１００ｕｍ、５００ｕｍの幅を有する、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0025】

スリットが、１ｕｍ〜５ｕｍの好ましい幅を有する、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0026】

スマートフォンのカメラモジュールの外部の第１のレンズ及び第２のレンズが、同じタイプのレンズである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0027】

外部の第１のレンズの有効焦点距離が、３ｍｍ未満、５ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、２０ｍｍ未満、または任意の中間値または範囲の組み合わせ未満である、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0028】

回折格子が、透過回折格子またはブレーズド回折格子である、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0029】

回折格子のピッチが、２０００ｌ／ｍｍ、１２００ｌ／ｍｍ、８００ｌ／ｍｍ、３００ｌ／ｍｍ、または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせのうちの少なくとも１つである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0030】

回折格子の好ましいピッチが、８００ライン／ｍｍ、１２００ライン／ｍｍ、または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせのうちの少なくとも１つである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0031】

外部の第１のレンズ、スリット、及びビームスプリッタが、同じ光軸上に整列し、光軸が、回折格子に垂直である、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0032】

カメラモジュールの光軸が回折格子に垂直ではなく、光軸と回折格子軸との間の角度が２０〜８０度または任意の中間値もしくは範囲の組み合わせである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0033】

カメラモジュールの光軸が回折格子のピッチに垂直ではなく、光軸と回折格子軸との間の角度が可視光の場合３０〜５０度であり、回折格子の好ましいピッチが８００ｌ／ｍｍ〜１２００ｌ／ｍｍである、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0034】

回折格子、外部の第１のレンズ、スリット、及びビームスプリッタが、光学レバーに取り付けられ、光学レバーが、スマートフォンのカメラ及びカメラモジュールの光ファイバ透過光源の視野の中に移動するように構成されている、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0035】

光学レバーが、複数の異なる光学システムの光学部品を異なる位置に取り付け、異なる位置間で光学部品を移動させて光学システムの機能を切り替える、いずれかの先行実施形態の光のスペクトルを測定する光学システム。

【0036】

Ａ．３ 試料ホルダ
本開示によれば、図１及び図２に示すように、光を使用する光の透過によって試料中の分析物（例えば、血液試料中のヘモグロビン）を分析するための、ＯＡＣ（つまり、光学分析カード）と呼ぶ試料ホルダの一実施態様が、以下：
第１のプレート、第２のプレート、導光スペーサ（ＬＧＳ）、サンプリング領域、及び基準領域であって、
(ｉ)第１のプレート及び第２のプレートは、試料を挟むように構成され、これはプレート間の薄層の中への光による光透過分析用であり、各プレートは、試料と接触するその内面に試料接触領域を有し、
(ｉｉ)導光スペーサ（ＬＳＧ）は、柱形状を有し、２つのプレート間に挟まれて、柱の各端部がプレートの一方に直接的に接触し、ＬＧＳ−プレート接触領域を形成し、光が、試料を通過することなく第１のプレートからＬＳＧを通って第２のプレートに透過することを可能にするように構成され、
(ｉｉｉ)サンプリング領域は、光が第１のプレート、試料、及び第２のプレートを順に通過できる領域であり、サンプリング領域はＬＳＧを有さず、
（ｉｖ）基準領域は、光が、試料を通過することなく、第１のプレート、導光スペーサ、及び第２のプレートを順に通過する領域である、
第１のプレート、第２のプレート、導光スペーサ（ＬＧＳ）、サンプリング領域、及び基準領域を含み、
ＬＧＳ接触領域及びＬＧＳの側面断面は光の波長よりも大きく、
導光スペーサは、試料によってまたは試料の近くで取り囲まれ、
サンプリング領域内の試料は、５００ｕｍ以下の厚さを有する。

【0037】

ＯＡＣ装置の用語「基準領域」は、導光スペーサが２つのプレート間に挟まれ、それぞれ各プレートに対する直接的な接点を有する装置の領域を指し、基準領域においては、プロービング光は、試料を通過することなく第１のプレート、導光スペーサ、及び第２のプレートを通って順に透過する（図１及び図２）。

【0038】

ＯＡＣ装置の用語「サンプリング領域」は、試料がその領域内、つまりサンプリング領域内でＬＧＳなしに２つのプレート間にある装置の領域を指し、プロービング光は、ＬＧＳに遭遇することなく第１のプレート、２つのプレート間の試料、及び第２のプレートを通って順に透過する（図１及び図２）。

【0039】

基準領域及びサンプリング領域内のプレートの少なくとも一部分は、光透過性である。

【0040】

本開示によれば、図１及び図２に示すように、ＯＡＣ（つまり、光学分析カード）と呼ぶ試料ホルダは、少なくとも１つの「サンプリング領域」と、１つの「基準領域」とを有し、試料層の光吸収係数は、サンプリング領域を通る透過光 対 基準領域を通る透過光の比率をとることによって決定される。

【0041】

いくつかの実施形態では、試料ホルダ（装置とも呼ばれる）は、実質的に均一な高さを有する複数の導光スペーサをさらに含み、導光スペーサのうちの少なくとも１つは試料接触領域内部にある。

【0042】

いくつかの実施形態では、第１のプレート及び第２のプレートはＬＧＳで固定されている。いくつかの実施形態では、図１に示すように、第１のプレート及び第２のプレートは、開いた構成及び閉じた構成を含む異なる構成に、互いに対して移動可能である。開いた構成では、プレートは一部分離され、試料が付着する。閉じた構成では、第１のプレート及び第２のプレートは、それぞれＬＧＳの平坦な端部に接触している。

【0043】

いくつかの実施形態では、試料領域及び基準内の第１のプレート及び第２のプレートは、均一な厚さを有し、光透過性である。

【0044】

プレートの材料はプラスチック、ガラス、または本開示によって説明される他の材料である。

【0045】

いくつかの実施形態では、第１のプレートと第２のプレートとの間の間隔、したがって試料厚さを調節するために、他のスペーサが使用される。

【0046】

試料ＯＤ測定方法
本開示によれば、試料の特性は、試料の薄層のＯＤを測定することによって決定され、ＯＤは、ＯＡＣのサンプリング領域を通る透過光 対 ＯＡＣの基準領域を通る透過光の比率から決定される。

【0047】

いくつかの実施形態では、試料ホルダ内の試料の画像は、カメラによって撮影され、分析される（例えば、図２）。

【0048】

いくつかの実施形態では、光の波長は、５００ｎｍ〜１２００ｎｍ、２００ｎｍ〜３０００ｎｍ、３０００ｎｍ〜３０，０００ｎｍ、または１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある。

【0049】

３．１ サンプリング領域及び基準領域における光透過率によって決定される、試料を通る光吸収
入射光強度Ｉ_０の光の場合、試料を通る透過光強度Ｉ_ｓは、ランベルトベールの法則を使用して以下によって示され、

上式で、ε_ｓは試料（例えば、ヘモグロビン）の吸光係数であり、ｃは試料（例えば、ヘモグロビン）の平均濃度であり、Ｌは試料を通る光路の長さ（ｃｍ^−１／Ｍ単位のε、Ｍ単位のｃ、ｃｍ単位のＬ）であり、ＯＤ_ｓは、試料全体を通る光学密度を参照する。

【0050】

入射光強度Ｉ_０の光の場合、長さＬ_ｒの導光スペーサを通る透過光強度Ｉ_ｒは、ランベルトベールの法則を使用して以下によって示され、

上式で、α_ｒは導光スペーサの吸収係数であり、Ｌは試料を通る光路の長さであり、ＯＤ_ｓは、基準として使用される導光スペーサを通る光学密度を参照する。

【0051】

第１の方程式を第２の方程式で減算すると、以下になる。

【0052】

本開示によれば、上記方程式は、（２つの領域内の入射光がきわめて同じであると想定して）入射光を測定することなく、サンプリング領域を通る透過光 対 基準領域を通る透過光の比率をとることによって、試料層の吸収係数を決定できることを示す。

【0053】

３．３ サンプリング領域から及び基準領域からの光透過率を比較することによる光透過試料分析
本開示によれば、薄い試料層を通る光吸収（及び光学密度（「ＯＤ」））は、試料領域から及び基準領域からの光透過率を比較することによって測定される。

【0054】

いくつかの場合、比較は、基準領域に対する試料領域からの光透過率の比率をとる。

【0055】

３．４ 改善された光透過試料分析
多くの実際の測定状況では、ＯＤ測定の精度を大幅に低減する場合がある多くの欠陥がある。例えば、試料ホルダ内の試料及び／または試料ホルダ自体が不均一な厚さを有する場合がある。試料または試料ホルダには、完璧な形（つまり、理想的な試料）を通る光透過とは異なる光透過を有する場合がある、気泡、埃、またはその他などの欠陥がある。光強度は、測定領域全体で均一ではない場合がある。

【0056】

本開示は、欠陥により引き起こされる光透過試料分析（ＯＴＳＡ）の誤差を低減するいくつかの方法を有する。本開示によれば、ＯＤ測定精度を改善するために、以下の（つまり、第１．４項及びその副項における）特徴、装置、及び方法が、個別にまたはその組み合わせで使用される。

【0057】

３．４．１ ＬＧＳ側壁及び／またはＬＧＳプレート境界面による光散乱の低減
本開示によれば、試料領域及び基準領域の光強度を測定し、次いで２つの強度の比率をとるＯＤ測定方法の実施形態の１つでは、基準領域を通過する光が（ａ）ＬＧＳ側壁もしくは（ｂ）ＬＧＳから強力な光散乱を有する場合、または試料領域を通過する光が近傍のＬＳＧ側壁からの相当な散乱を有する場合、測定精度は大幅に低減される場合がある。

【0058】

基準領域からの光に対するＬＧＳ側壁による光散乱の影響を低減するために、ＯＤ決定に使用される基準領域の端縁は、ＬＧＳ側壁から一定距離、離れている必要がある。基準領域は、多大な光回折を被ることなく光の波長の波長よりも小さくなることはできないため、基準領域からの光に対するＬＧＳ側壁による光散乱の影響を低減するためには、少なくともＬＧＳの断面は光の波長よりも大きくなくてはならない。

【0059】

いくつかの実施形態では、ＯＤ決定に使用される基準領域の端縁は、ＬＧＳ側壁から一定距離、離れている。

【0060】

いくつかの実施形態では、ＬＧＳの断面は、光の波長よりも大きくなければならず、ＯＤ決定に使用される基準領域の端縁はＬＧＳ側壁から一定距離、離れている。

【0061】

基準領域からの光と同様に、サンプリング領域からの光に対する光散乱の影響を低減するために、サンプリング領域の端縁はＬＳＧ側壁から一定距離、離れている必要がある。

【0062】

いくつかの実施形態では、ＯＤ決に使用されるサンプリング領域の端縁は、ＬＧＳ側壁から一定距離、離れている。

【0063】

いくつかの実施形態では、ＯＤ決定に使用される基準領域の端縁は、ＬＧＳ側壁から一定距離、離れており、ＯＤ決定に使用されるサンプリング領域の端縁はＬＧＳ側壁から一定距離、離れている。

【0064】

いくつかの実施形態では、ＬＧＳの断面は、光の波長よりも大きくなければならず、ＯＤ決定に使用される基準領域の端縁はＬＧＳ側壁から一定距離、離れており、ＯＤ決定に使用されるサンプリング領域の端縁はＬＧＳ側壁から一定距離、離れている。

【0065】

３．４．２ 基準領域及びサンプリング領域の面積、ならびにそれらの間の距離
試料領域を通る及び基準領域を通る光強度の比率をとることによって試料のＯＤを決定する際に、各領域内の入射光が同じ強度を有する、または第１のプレート及び第２のプレート及び試料の厚さが、サンプリング領域及び基準領域でそれぞれ同じもしくは既知であることが想定される。しかしながら、多くの実際の光学システムでは、上記想定のいずれもあてはまらず、これによりＯＤを決定する際に不確実性（つまり、誤差）が生じる。例えば、実際には、試料光透過測定のための入射光の強度は均一ではなく、特に照明領域は広く、第１のプレート、第２のプレート、及び試料の厚さはそれぞれサンプリング領域及び基準領域で同じまたは既知ではなく、それぞれが相当な変動を有する場合がある。

【0066】

本開示によれば、誤差を低減する１つの方法は、試料のＯＤを決定するために使用されるサンプリング領域及び基準領域の面積を制限すること、またはＬＧＳ側壁による光散乱を回避しつつサンプリング領域と基準領域との間の距離を小さくすること、または両方である。

【0067】

いくつかの実施形態では、サンプリング領域の面積及び試料領域と基準領域との間の距離は、上記２つの段落の組み合わせである。

【0068】

３．４．３ 複数の対のサンプリング領域及び基準領域
１対の試料領域及び基準領域を使用すると、大きい誤差につながる場合がある。これにはいくつかの理由がある、つまり（ｉ）第１のプレート、第２のプレート、及び試料の厚さの空間的な変動はそれぞれ無作為であるので、ただ１対の試料領域及び基準領域が試料の大半を代表することはできない、かつ（ｉｉ）光学的欠陥及びその場所の数も無作為であるので、これらの光学的欠陥がサンプリング領域及び／または基準領域の場所で発生する場合があり、サンプリング領域及び基準領域の対をＯＴＳＡで使用不可にするためである。

【0069】

これらの問題を解決するために、本開示によれば、複数の対のＳＲ領域が使用される。

【0070】

いくつかの実施形態では、ＯＡＣは、複数の対のＳＲ領域を含み、２つの隣接するＳＲ領域の中心間の距離、及び距離は、実質的に周期的または非周期的のどちらかである。

【0071】

本開示によれば、試験を容易にするための試薬は、ＯＡＣのプレートの内面に付着され、試薬は、染色試薬、界面活性剤、抗体、タンパク質、及び核酸を含むが、これに限定されるものではない。

【0072】

Ａ４ マイクロボリューム分光光度分析
本開示の別の態様は、分光光度法に基づいて微小容量液体中の分析物の濃度を分析するための装置及び方法を提供することである。

【0073】

本開示の装置は、第１のプレートと、第２のプレートとを含む。

【0074】

第１のプレートは、光学的に透明な材料から作られており、その上面及び下面は光学的に平坦である。第２のプレートは、光学的に透明な材料から作られている。第１のプレートに向かう第２のプレートの内面には、表面から押出成形された均一な高さの超小型の導光スペーサのアレイがある。押出成形された導光スペーサの端面を含む第２のプレートの上面と下面の両方とも、光学的に平坦である。

【0075】

装置を使用して分析物の微小容量の溶液を分析するとき、第１のプレート（または第２のプレート）の上に試料液体を滴下し、次いで第２のプレート（または第１のプレート）を上に置く。試料液体は、第２のプレート上での超小型の導光スペーサの高さに依存する均一な厚さの液体層を形成する。

【0076】

分光光度測定を行うために、平行光線が、法線方向で、装置の第１のプレートまたは第２のプレートに入射する。他の側面の検出器は、特定の波長で、柱領域の透過光強度及びスペーサ領域外の透過強度を測定するために使用される。試料溶液の吸収は、測定した透過強度を使用し、計算される。分析物の濃度は、ランベルトベールの法則に基づいて計算される。

【0077】

４．１ 装置の説明
特定の波長で溶液の吸収を測定し、次いで溶液中の特定の分析物の濃度を計算することは、分光光度法の典型的な応用例である。従来、そのような測定を行うためには、チャンバを充填して固定した高さの液体層を得るために大量の液体（数ミリメートル）が必要とされる。試料の量が非常に限られている（例えば、数マイクロリットル）場合、従来の試料調製方法によって均一な厚さの液体層を準備することはほとんど不可能である。

【0078】

本明細書に説明する本開示は、第１のプレートと、下部プレートとを含む装置を提供することによってこの問題に対処する。２つのプレートは互いに対して移動可能である。微小容量の試料液体を第１のプレート（または第２のプレート）上に滴下し、次いで第２のプレート（または第１のプレート）を上に置く。試料液体は、上部プレートと下部プレートとの間に埋め込まれて均一な高さの液体層を形成し、これにより微小容量の液体試料の正確かつ均一な層の厚さを達成するための低コストの解決策が提供される。

【0079】

本開示では、マイクロリットル量の試料はＱＭＡＸカード上に置かれ、これにより試料は薄い均一な厚さの層を形成する。ＱＭＡＸカードでは、第１のプレートに向かう第２のプレートの内面に、表面から押出成形された均一な高さの超小型の導光スペーサのアレイがある。第１のプレートと第２のプレートとの間に埋め込まれた試料液体は、第２のプレートの表面上の均一な高さのスペーサアレイのため、閉じ込められて均一な液体層を形成する。

【0080】

図１は、開いた構成での装置の断面の概略図である。装置は、第１のプレート及び第２のプレートから成る。両方のプレートとも互いに対して移動可能である。第１のプレートは、光学的に透明な材料から作られており、上面及び下面は光学的に平坦である。第２のプレートは、光学的に透明な材料から作られている。第１のプレートに向かう第２のプレートの内面には、表面から押出成形された均一な高さの超小型の導光スペーサのアレイがある。そして、押出成形された導光スペーサの端面を含む、第２のプレートの上面と下面の両方とも光学的に平坦である。

【0081】

図２は、閉じた構成での装置の断面の概略図である。第１のプレートと第２のプレートとの間に埋め込まれた試料液体は、第２のプレートの表面上の均一な高さの導光スペーサアレイのため、閉じ込められて均一な液体層を形成する。

【0082】

４．２ 原則と特定の例
本開示の１つの目的は、特に光学分析を改善することができる基準信号を生成するために、及び血液試料中の試料、例えばヘモグロビンの分析物をアッセイする応用例のために、２つのプレートの間を含む、間に挟まれた試料の薄膜の光透過分析を改善するための装置及び方法に関する。

【0083】

試料の特定の生物学的または化学的な特性は、試料層を通る光透過実験において薄い試料層の吸収係数α_ｓを測定することによって決定できる。ランベルトベールの法則を使用すると、薄い試料層の光吸収係数α_ｓは、入射光強度（つまり、試料に入射する光）I_ｉ及び透過光強度（つまり、光が試料を通過する）Ｉ_ｔに関連付けられる。

上式で、Ｌ_ｓは試料層の長さ（つまり、厚さ）であり、ＯＤは試料層を通る光学密度である。薄い試料層の光吸収係数α_ｓは、試料の特性に関連付けることができる。したがって、ランバートベールの法則を使用し、試料層のＯＤを測定することによって試料の特性を決定することができる。

【0084】

しかしながら、実際には、入射光（つまり、試料層に直接的に入射する光）と透過光（つまり試料を通って直接的に透過される光）の両方の強度を直接的に測定することは困難である。通常、実験で測定されるのは、試料と試料ホルダの両方を通る全光透過率である（これは、薄膜試料は、多くの場合測定のために試料ホルダを必要とし、測定されている光も試料ホルダを通過するためである）。したがって、全光透過率から試料のＯＤを分離／決定する必要がある。

【0085】

本開示によれば、ＯＡＣ（つまり、光学分析カード）と呼ぶ特定の試料ホルダが提供され、材料の光学密度は、一方は試料ホルダのサンプリング領域を透過する光であり、他方は試料ホルダの基準領域を通過する光である、２つの透過光の強度の比率をとることによって決定され、試料のＯＤは、入射光を直接的に測定することなく決定される。

【実施例】

【0086】

実施例１−精製されたｄｓＤＮＡ、ｓｓＤＮＡ、またはＲＮＡの濃度を測定する。
微小容量の溶液中の精製されたｄｓＤＮＡ、ｓｓＤＮＡ、またはＲＮＡの濃度を測定する場合、
第１のプレートまたは第２のプレートのどちらかに１〜１０ｕＬの試料溶液を滴下する。

【0087】

押出成形された導光スペーサを伴う第２のプレートの表面の上に、第１のプレートを置くことによって、装置を閉じる。均一な厚さの試料溶液層が形成される。試料層の厚さは導光スペーサの高さによって決定され、通常の範囲は１〜１００ｕｍである。

【0088】

図２に示すように、ＵＶ波長範囲（２００ｎｍ〜３００ｎｍ）をカバーする光源からの平行光線は、通常、第２のプレート（または第１のプレート）から装置に入射する。

【0089】

図２に示すように、装置の他の側では、２６０ｎｍで、光検出器が、プレート及び試料液体層を通過後のサンプリング領域Ｉｓ内の光の透過強度、及び導光スペーサを通過後の基準領域Ｉｒ内の光の透過強度を記録する。

【0090】

２６０ｎｍで、装置内の試料層の透過率は以下の方程式で計算され、
Ｔ＝α・Ｉ＿ｓ／Ｉ＿ｒ
上式で、Ｔは２６０ｎｍでの試料液体層の透過率であり、αは、光が導光スペーサを通過するときの強度損失を補償するための補正係数である。

【0091】

ランベルトベールの法則によれば、全核酸の濃度は以下の方程式で計算され、
Ｃ＝−（Ｌｎ（Ｔ））／（ε・ｔ）
上式で、Ｃはｎｇ／ｕＬ単位の試料溶液の核酸総濃度であり、εは２６０ｎｍの波長でのｎｇ−ｃｍ／ｕＬ単位の核酸の吸収率係数であり、ｔはｃｍ単位の試料溶液層の厚さである。

【0092】

実施例２−色素で標識を付けた精製核酸の濃度を測定する
微小容量の溶液中の、色素で標識を付けた精製核酸の濃度を測定する場合、
第１のプレートまたは第２のプレートのどちらかに１〜１０ｕＬの試料溶液を滴下する。

【0093】

押出成形された導光スペーサを伴う第２のプレートの表面の上に、第１のプレートを置くことによって、装置を閉じる。均一な厚さの試料溶液層が形成される。試料層の厚さは導光スペーサの高さによって決定され、通常の範囲は１〜１００ｕｍである。

【0094】

図２に示すように、色素の吸光度波長をカバーする光源からの平行光線は、通常、第２のプレート（または第１のプレート）から装置に入射する。

【0095】

図２に示すように、装置の他の側では、色素の吸光度波長で、光検出器が、プレート及び試料液体層を通過後のサンプリング領域Ｉｓ内の光の透過強度、及び導光スペーサを通過後の基準領域Ｉｒ内の光の透過強度を記録する。

【0096】

色素の吸光度波長で、装置の試料層の透過率は以下の方程式で計算され、
Ｔ＝α・Ｉ＿ｓ／Ｉ＿ｒ
上式で、Ｔはその特定の波長での試料液体層の透過率であり、αは、光が導光スペーサを通過するときの強度損失を補償するための補正係数である。

【0097】

ランベルトベールの法則によれば、対象の色素の濃度は以下の方程式で計算され、
Ｃ＝−（Ｌｎ（Ｔ））／（ε・ｔ）
上式で、Ｃは対象の色素のｎｇ／ｕＬ単位の総濃度であり、εは吸光度波長での対象の色素のｎｇ−ｃｍ／ｕＬ単位の吸光係数であり、ｔはｃｍ単位の試料溶液層の厚さである。

【0098】

実施例３−精製タンパク質の濃度を測定する
微小容量の溶液中の精製タンパク質の濃度を測定する場合、
第１のプレートまたは第２のプレートのどちらかに１〜１０ｕＬの試料溶液を滴下する。

【0099】

押出成形された導光スペーサを伴う第２のプレートの表面の上に、第１のプレートを置くことによって、装置を閉じる。均一な厚さの試料溶液層が形成される。試料層の厚さは導光スペーサの高さによって決定され、通常の範囲は１〜１００ｕｍである。

【0100】

図２に示すように、ＵＶ波長範囲（２００ｎｍ〜３００ｎｍ）をカバーする光源からの平行光線は、通常、第２のプレート（または第１のプレート）から装置に入射する。

【0101】

図２に示すように、装置の他の側では、２８０ｎｍで、光検出器が、プレート及び試料液体層を通過後のサンプリング領域Ｉｓ内の光の透過強度、及び導光スペーサを通過後の基準領域Ｉｒ内の光の透過強度を記録する。

【0102】

２８０ｎｍで、装置内の試料層の透過率は以下の方程式で計算され、
Ｔ＝α・Ｉ＿ｓ／Ｉ＿ｒ
上式で、Ｔは２８０ｎｍでの試料液体層の透過率であり、αは、光が導光スペーサを通過するときの強度損失を補償するための補正係数である。

【0103】

ランベルトベールの法則によれば、タンパク質の濃度は以下の方程式で計算され、
Ｃ＝−（Ｌｎ（Ｔ））／（ε・ｔ）
上式で、Ｃは試料溶液のタンパク質のｎｇ／ｕＬ単位の総濃度であり、εは２８０ｎｍの波長でのｎｇ−ｃｍ／ｕＬ単位のタンパク質の吸収率係数であり、ｔはｃｍ単位の試料溶液層の厚さである。

【0104】

実施例４−色素で標識を付けた精製タンパク質の濃度を測定する
微小容量の溶液中の、色素で標識を付けた精製タンパク質の濃度を測定する場合、
第１のプレートまたは第２のプレートのどちらかに１〜１０ｕＬの試料溶液を滴下する。

【0105】

押出成形された導光スペーサを伴う第２のプレートの表面の上に、第１のプレートを置くことによって、装置を閉じる。均一な厚さの試料溶液層が形成される。試料層の厚さは導光スペーサの高さによって決定され、通常の範囲は１〜１００ｕｍである。

【0106】

図２に示すように、色素の吸光度波長をカバーする光源からの平行光線は、通常、第２のプレート（または第１のプレート）から装置に入射する。

【0107】

図２に示すように、装置の他の側では、色素の吸光度波長で、光検出器が、プレート及び試料液体層を通過後のサンプリング領域Ｉｓ内の光の透過強度、及び導光スペーサを通過後の基準領域Ｉｒ内の光の透過強度を記録する。

【0108】

色素の吸光度波長で、装置の試料層の透過率は以下の方程式で計算され、
Ｔ＝α・Ｉ＿ｓ／Ｉ＿ｒ
上式で、Ｔはその特定の波長での試料液体層の透過率であり、αは、光が導光スペーサを通過するときの強度損失を補償するための補正係数である。

【0109】

ランベルトベールの法則によれば、対象の色素の濃度は以下の方程式で計算され、
Ｃ＝−（Ｌｎ（Ｔ））／（ε・ｔ）
上式で、Ｃは対象の色素のｎｇ／ｕＬ単位の総濃度であり、εは吸光度波長での対象の色素のｎｇ−ｃｍ／ｕＬ単位の吸光係数であり、ｔはｃｍ単位の試料溶液層の厚さである。

【0110】

実施例５−試料溶液中の任意の分析物の濃度及び吸光度を測定する
微小容量の溶液中の任意の分析物の濃度及び吸光度を測定する場合、
第１のプレートまたは第２のプレートのどちらかに１〜１０ｕＬの試料溶液を滴下する。

【0111】

押出成形された導光スペーサを伴う第２のプレートの表面の上に、第１のプレートを置くことによって、装置を閉じる。均一な厚さの試料溶液層が形成される。試料層の厚さは導光スペーサの高さによって決定され、通常の範囲は１〜１００ｕｍである。

【0112】

図２に示すように、色素の吸光度波長範をカバーする光源からの平行光線は、通常、第２のプレート（または第１のプレート）から装置に入射する。

【0113】

図２に示すように、装置の他の側では、色素の吸光度波長で、光検出器が、プレート及び試料液体層を通過後のサンプリング領域Ｉｓ内の光の透過強度、及び導光スペーサを通過後の基準領域Ｉｒ内の光の透過強度を記録する。

【0114】

対象の吸光度波長で、装置内の試料溶液層の吸光度及び透過率は以下の方程式で計算され、
Ａ＝１−α・Ｉ＿ｓ／Ｉ＿ｒ
Ｔ＝α・Ｉ＿ｓ／Ｉ＿ｒ
上式で、Ａ及びＴはその特定の波長での試料液体層の吸光度及び透過率であり、αは、光が導光スペーサを通過するときの強度損失を補償するための補正係数である。

【0115】

ランベルトベールの法則によれば、対象の分析物の濃度は以下の方程式で計算され、
Ｃ＝−（Ｌｎ（Ｔ））／（ε・ｔ）
上式で、Ｃは対象の分析物のｎｇ／ｕＬ単位の総濃度であり、εは吸光度波長での対象の分析物のｎｇ−ｃｍ／ｕＬ単位の吸光係数であり、ｔはｃｍ単位の試料溶液層の厚さである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】